1. Componentes Qumicos de los Materiales Lignocelulosicos

La lignocelulosa es el principal componente de la pared celular de las plantas, esta biomasa producida por la fotosntesis es la fuente de carbono renovable ms prometedora para solucionar los problemas actuales de energa y materias primas. Los combustibles fsiles representan arriba del 80% del abastecimiento energtico total en el mundo. Pero actualmente, el mundo est en crisis de materias primas, particularmente hablando, el sector energtico se desenvuelve en la explotacin de recursos no renovables y por lo tanto finitos. Por lo que es necesaria la bsqueda y utilizacin de nuevas fuentes de recursos y productos qumicos, es aqu donde la biomasa y en particular la biomasa lignocelulsica, se revela como una fuente de energa renovable y generacin de qumicos, muy prometedora, en el mundo.

Por otro lado, la produccin mundial de la biomasa se estima sea de 146 billones de toneladas mtricas que comprende en su mayora el crecimiento de plantas silvestres y 10 a 50 billones en base seca, adems en la misma referencia se describe que la biomasa esta en cuarto lugar como fuente de energa y proporciona el 14% de la energa que el mundo necesita. De los principales componentes de los materiales lignocelulsicos, La celulosa es uno de los biopolmeros ms abundantes en la naturaleza y su biosntesis, qumica y su estructura an permanecen activos como campo de investigacin.

Tal es el caso que en las ltimas dcadas ha habido un creciente inters por desarrollar proyectos sostenibles basados en la qumica verde, lo que ha conducido a la generacin de materiales celulsicos novedosos y materiales compuestos que incluyen materiales celulsicos y whiskeres de celulosa, as como tambin, la generacin de energa por medio de la obtencin del bioetanol, bioaceites o el uso integral del material lignocelulsicos. Adems, despus de la celulosa, la lignina es la segunda fuente renovable ms abundante que existe en la naturaleza y es por esta razn que se han desarrollado usos alternativos para aprovechar este subproducto agroindustrial, tal como la generacin de fibras de carbn para la industria de los materiales compuestos.

1.1. CelulosaLa Celulosa es la principal componente de las paredes celulares de los rboles y otras plantas. Es una fibra vegetal que al ser observada en el microscopio es similar a un cabello humano, cuya longitud y espesor vara segn el tipo de rbol o planta. Las fibras de algodn, por ejemplo, tienen una longitud de 20-25 mm., las de Pino 2-3 mm. Y las de Eucalipto 0,6-0,8 mm, De igual manera, el contenido de celulosa vara segn el tipo de rbol o planta que se considere.Desde el punto de vista bioqumico, la celulosa (C6H10O5)n con un valor mnimo de n = 200, es un polmero natural, constituido por una larga cadena de carbohidratos polisacridos. La estructura de la celulosa se forma por la unin de molculas de -glucosa a travs de enlaces -1,4-glucosdico, lo que hace que sea insoluble en agua. La celulosa tiene una estructura lineal o fibrosa, en la que se establecen mltiples puentes de hidrgeno entre los grupos hidroxilo de distintas cadenas yuxtapuestas de glucosa, hacindolas muy resistentes e insolubles al agua. De esta manera, se originan fibras compactas que constituyen la pared celular de las clulas vegetales, dndoles as la necesaria rigidez.Hay microorganismos (bacteriasyhongos) que viven libres y tambin son capaces de hidrolizar la celulosa. Tienen una gran importancia ecolgica, pues reciclan materiales celulsicos como papel, cartn y madera. De entre ellos, es de destacar el hongoTrichoderma reesei, capaz de producir cuatro tipos de celulasas: las 1,4--D-glucancelobiohirolasas CBH i y CBH II y las endo-1,4--D-glucanasa EG I y EG II. Mediante tcnicas biotecnolgicas se producen esas enzimas que pueden usarse en el reciclado de papel, disminuyendo el coste econmico y la contaminacin.

1.2. LigninaLa lignina es el tercer componente fundamental de la madera, presentndose entre el 15% y 35% de su peso. La lignina es la substancia que los productores de celulosa y papel quieren no ver en su madera, la manipulacin gentica de rboles para producir menos lignina o un tipo de lignina diferentes que podra ser ms fcilmente retirada son de tremendo inters econmico para el sector forestal.La lignina est formada por la extraccin irreversible delaguade losazcares, creando compuestos aromticos. Los polmerosde lignina son estructuras transconectadas con un peso molecular de 10.000uma.Se caracteriza por ser un complejo aromtico (no carbohidrato) del que existen muchos polmeros estructurales (ligninas). Resulta conveniente utilizar el trmino lignina en un sentido colectivo para sealar la fraccin lignina de la fibra. Despus de lospolisacridos, la lignina es el polmero orgnico ms abundante en el mundo vegetal. Es importante destacar que es la nica fibra no polisacrido que se conoce.Este componente de la madera realiza mltiples funciones que son esenciales para la vida de las plantas. Por ejemplo, proporciona rigidez a la pared celular. Realmente, los tejidos lignificados resisten el ataque de los microorganismos, impidiendo la penetracin de las enzimas destructivas en la pared celular.La base estructural de la lignina es el fenil-propano, teniendo enlazado al anillo bencnico un nmero variable de grupos hidroxlicos y metoxlicos.Esos grupos hacen con que el fenil propano tome la forma de radicales qumicos bien definidos.As es que en la lignina que se presenta en la madera de las gimnospermas predominan radicales de:

guaiacil-propano (metoxi3-hidroxi-4-fenil-propano)

Mientras que en las angiospermas predominan radicales de:

siringil-propano (dimetoxi-3-5-hidroxi-4-fenil-propano).

2. Distribucin en diferentes partes del rbolEl contenido de celulosa aumenta desde la medula hasta la corteza y sus valores llevados a un eje de coordenadas permiten construir curvas similares a las obtenidas para la longitud de las traqueidas. El contenido de celulosa aumenta aproximadamente 3% en pinus contorta y pinus taeda l. de 6 a 10% en pseudotsuga menziesii. Y de 8 a 20% en pinus radiata. Se ha encontrado que la alfa celulosa vara alrededor de 7,5% de la medula a la corteza en pinus taeda l. aun en muestras tomadas de dos reas con igual peso especfico. La mayor parte de este incremento ocurre en los primeros anillos durante el periodo de mxima produccin de madera tarda y mximo incremento de peso especfico.El porcentaje de celulosa flucta alrededor de un mximo durante el periodo de madurez del rbol, pero disminuye a medida que el rbol se hace sobre maduro, al mismo tiempo que disminuye el peso especfico de los incrementos de crecimiento. La disminucin de celulosa por sobre madurez comienza a diferentes edades, de acuerdo con la especie. Hale y Clermont indican 150 aos para Pinus glauca y 300 a 400 aos para pseudotsuga menziesii. En los pinos se ha encontrado que la disminucin de la celulosa a lo largo del tronco es pequea, significativa para algunas especies e insignificante en otras. En las latifoliadas la nica informacin disponible es la de los alamos hbridos, en los cuales, aparentemente no existe relacin entre altura del rbol y distribucin de la celulosa.El anlisis de los azucares simples, obtenidos por hidrolisis de los polisacridos, indico que en la madera de pinus resinosa. La glucosa aumenta con la edad a partir de la medula, formando una curva parecida para la longitud de traqueida en la misma direccin radial; la manosa aumenta linealmente con el nmero de anillos, mientras que la galactosa, xilosa y arabinosa disminuyen ligera y uniformemente con la edad. Para el mismo grupo de azucares hidrolizados, Larson indica que no existe diferencia apreciable para cualquiera de los azucares con el incremento en altura entre 6 y 18 pies (2 y 6m).La distribucin de la lignina en la direccin radial presenta una disminucin general de aproximadamente 2 a 3% desde la medula hasta la corteza, con tendencias paralelas para madera temprana y tarda. No existe disminucin abrupta desde la zona prxima a la medula, pero la sobre madurez en pseudotsuga menziesii. Causa un incremento en el contenido de lignina. Los cambios a lo largo del tallo no estn suficientemente claros. Existen evidencias de un ligero incremento con la altura en algunos pinos y alamos hbridos.Las variaciones en el contenido de extractivos en el tallo estn asociadas con la presencia de estas sustancias en el duramen, excepto para las resinas. En conferas, el mximo de contenido de resina est cerca de la medula a nivel del tocn, y disminuye hacia afuera y hacia arriba. Un incremento secundario en el contenido de resina ocurre en la parte exterior del duramen y la copa del rbol. Estos contenidos son generalmente mucho menores en la albura que en el duramen. En general, en las zonas de madera tarda de conferas los contenidos de resinas son ligeramente superiores a los de la madera temprana, por la tendencia a la concentracin de los conductos resinferos de la madera tarda.

3. Derivados industriales de la celulosa, hemicelulosa, lignina y Extractivos3.1. CelulosaLa celulosa constituye el principal porcentaje de la materia prima del papel y tambin el de los tejidos de fibras naturales.La utilizamos en la fabricacin de explosivos el ms comn es la plvora para armas, tambin la utilizamos en sedas, en barnices, en aislamientos trmicos y acsticos; esto es el producto derivado de cuando trituramos papel y lo reciclamos. Tambin lo encontramos en pequeas cantidades en productos como el rayn, pelculas fotogrficas, celofanes, explosivos, etc.Sabemos que del proceso de manufactura de la celulosa, podemos extraer derivados como son la trementina y el tall oil que los usamos en nuestra industria qumica para producir aromas, diluyentes, jabones y algunos alimentos.Aplicamos la celulosa blanca de fibra larga principalmente para agregar resistencia a los papeles y cartulinas, y la celulosa blanca de fibra corta la usamos para dar suavidad y tambin de relleno.En nuestro mbito industrial encontramos muchas clases de celulosa:- Nitrato de celulosa: Apareci cuando un cientfico hizo reaccionar la celulosa con cido ntrico en forma de algodn. Era llamado tambin plvora de algodn por ser un poderoso explosivo. Este sustituyo la plvora comn por carga explosiva de la municin para los rifles y la artillera. Es un termoplstico utilizado para hacer bolsas de billar solamente que tena el peligro que podan estallar con el golpe del taco. Tambin fue utilizado para elaborar un compuesto para el vidrio de seguridad que estaba formado por una lmina de celulosa entre dos capas de vidrio la funcin del nitrato de celulosa era mantener unido el vidrio en caso de que este se rompiera; sea el vidrio se rompa pero los fragmentos quedaban adheridos a la lmina de nitrato de celulosa.-Acetato de celulosa: Apareci cuandohicieron reaccionar el nitrato de celulosa con cido actico. Se utiliza como fibra usada por ejemplo en los vestido de fiesta, como termoplstico lo utilizan para las pelculas fotogrficas. Despus de utilizar el nitrato de celulosa la combinacin del nitrato inflamable y de los bulbos calientes del proyector de pelculas acabo causando incendios. Pero inventaron el acetato de celulosa que fue la solucin a este problema no solo en este campo sino tambin sustituyeron el nitrato por acetato de celulosa en la fabricacin de los vidrios de seguridad.-Rayn: Tambin como rayn nos podemos referir como xantato de celulosa. Este lo utilizamos como fibra para hacer las ropas de rayn como por ejemplo camisas hawaianas. Cuando se descubri que las fibras de nitrato eran lisas y que se podan utilizar para producir telas con brillo parecido al de la seda los derivados de la celulosa fueron considerados posibles reemplazantes econmicos.Podemos encontrar que el etanol tiene como materia prima la celulosa; esto lo hicieron principalmente para igualar el precio de la produccin del etanol a partir de la celulosa con procesos ms rpidos y ms econmicos como son los cereales. La mayora del etanol es del almidn y se obtiene principalmente de cerealescomo es el arroz el maz y el trigo, tambin se obtiene de tubrculos como las papas, la caa de azcar, el azcar de la remolacha, etc. Esto es una nueva tcnica que se desea implementar.

3.2. Lignina La lignina sulfonada puede precipitarse en forma de sulfonatos de lignina y utilizarse como productos tnicos, adhesivos, aglutinantes, dispersantes, etc. Los sacridos contenidos en el licor de sulfito agotado se fermentan con levadura para producir alcohol etlico y suplementos de forrajes y piensos. Mediante la oxidacin alcalina suave de los sulfonatos de lignina, se obtiene vainillina para aromatizantes y odorantes.La lignina de lcali obtenido del sulfato o del licor negro kraft se precipita y utiliza como diluente de resinas, para refuerzo del cancho y la estabilizacin de emulsiones. Entre los productos voltiles obtenidos del licor negro kraft figuran el dimetil sulfuro, dimetil sulfxido y dimetil sulfona, que son tiles como disolventes y reactivos qumicos.La variedad de productos formados da una idea de la complejidad del polmero natural. Por medio de las tcnicas cromatogrfcas se han identificado unos 70 compuestos la mayora fenoles y polifenoles con funciones alcohol, aldehdo, cetona y acido carboxlico.3.3. HemicelulosaLas hemicelulosas son polmeras de cadena ms corta o ramificada de sacridos con cinco tomos de carbono (pentosas), tales como la xilosa, o de seis tomos de carbono (hexosas) aparte de la glucosa. Son de naturaleza amorfa y sirven, con la lignina, para formar la matriz en la cual se incrustan las fibrillas de celulosa. Aunque la estructura de la celulosa es la misma en las diferentes especies las hemicelulosas varan considerablemente entre especies, especialmente entre las frondosas y las conferas. Las hemicelulosas de las frondosas son, en general, ms ricas en pentosas mientras que las hemicelulosas de las conferas suelen contener ms hexosas. Son importantes en la fabricacin de papel aumentando el rendimiento de la pulpa celulsica, aumenta la resistencia de las fibras debido a que acta formando enlaces entre ella. Son indeseables en la produccin de derivados de celulosa, dificultan lasoperacionesy lacalidaddel producto final. Algunas hemicelulosa, como los arabinogalactanos pueden constituir un subproducto de la fabricacin de pulpa celulsica. Despus de aislados pueden ser utilizados en laindustriade tintas como agente tensoactivos. Son fuente de monosacridos, su hidrlisis total conduce a la fabricacin demezclasde azcares que pueden ser utilizados en laalimentacinanimal. Los pentosanos mediante tratamiento con cido clorhdrico, originan la formacin de furfural. Los hexosanos mediante sta misa reaccin producen 5-hidroximetilfurfural. El furfural constituye lamateriaprima bsica para la industria tales como: frmacos, biocida y resinas furnicas.

3.4. ExtractivosPor sustancias extrables de la madera se entienden aquellas sustancias que se extraen de diferentes partes de los rboles de conferas y latifolias mediante agua, disolventes orgnicos, vapor de agua y mediante un exprimido mecnico. Losextractivosdel duramen se consideran los responsables de impartir a ciertas especies de maderas olores y sabores muy caractersticos, como el olor a "lpiz" de la madera de pinabete, Mjico, o el sabor desagradable amargo de amargoso, Guatemala. Algunas especies a las que los extractivos imparten aroma y sabor intenso son tambin muy resistentes al ataque de hongos e insectosProduccin decolofoniaytrementinaa partir de laresina, por destilacin.

Colofonia. Es una sustancia frgil, de aspecto vtreo, color que va del amarillo claro al pardo, soluble en la mayora de los disolventes orgnicos. Est constituida por una mezcla amorfa de hasta 98 % de cidos resinosos y sustancias neutrales no saponificables. Lacolofoniaderesinade pino est constituida por 92 % de una mezcla de cidos resinosos; 0,4 - 1,6 % de productos grasos y 6,4 % de productos neutrales.

Trementina. Constituye la fraccin voltil de laresina. Est formada por una mezcla de hidrocarburos terpnicos (frmula general: C10 H16). Casi todos estos hidrocarburos tienen tendencia a la isomerizacin mediante la accin de cidos, elevada temperatura, luz, catalizador y otros factores.

TaninosLos taninos son sustancias que se producen en diversas partes de las plantas, como son: corteza, frutos, hojas, races y semillas; a pesar de tener un origen comn, la especificidad de las plantas le da a los taninos diferencias en color, calidad y concentracin.El tanino es un compuesto que se oxida al contacto con el aire, es inodoro y de sabor agrio, soluble en agua, alcohol y acetona; reacciona con el cloruro frrico y otras sales; es combustible con un punto de inflamacin de 199C, una temperatura de auto ignicin de 528.5C; poco txico por ingestin o inhalacin.Desde el punto de vista biolgico los taninos son sustancias complejas producidas por las especies vegetales que cumplen funciones antispticas o de conservacin. La clasificacin de los taninos se hace con base en los siguientes dos criterios:Productos resultantes de la destilacin seca: taninos hidrolizables y taninos condensados

Origen: taninos fisiolgicos y taninos patolgicos.Taninos hidrolizables, a su vez se dividen en :

a) Galotaninos caracterizados por la presencia de cido galotnico, es comn en las agallas del encino y en la raz del zumaque;

b) Elagitaninos, su componente principal es el cido elgico, se obtienen de plantas como el dividivi y el microblano.

Taninos condensados, se presentan generalmente en la madera, la corteza y las races de plantas como elquebracho,caa agria,eucalipto,oyamely elmangle, entre otras; estn constituidos por unidades flavonoides, las cuales soportan diversos grados de condensacin, carbohidratos y restos de aminocidos.

4. Situacin actual de las industrias qumicasActualmente (2001) existe una superficie acumulada de Plantaciones Forestales de aproximadamente 758.427,580 has., de las cuales el 75 % ha sido establecido por el Sector Pblico, principalmente en los estados Anzotegui y Monagas (543.018 has.), a travs de la Corporacin Venezolana de Guayana (CVG) - PROFORCA.El sector pblico, representado por el Ministerio del Ambiente y los Recursos Naturales (MARN), la Corporacin Venezolana de Guayana (CVG) y la Compaa Nacional de Reforestacin (CONARE), y el sector privado conformado por las empresas Concesionarias Manejadoras del Bosque Natural (ASOINBOSQUES), la Asociacin de Plantadores de Venezuela (ASOPLANT);Terranova de Venezuela, Smurfit Cartones de Venezuela y otras empresas menores, continan fomentando y desarrollando proyectos forestales con fines protectores, de investigacin, industriales y de uso mltiple, principalmente con las especies: Pino Caribe (Pinus caribaea), Eucalyptus (Eucalyptus sp.), Melina (Gmelina arborea), Leucaena (Leucaena leucocephala), Fresno (Fraxinus americana), Pino Ciprs (Cupresus lusitanica), Apamate (Tabebuia rosea), Cedro (Cedrela odorata), Caoba (Swietenia macrophyla) y Teca (Tectona grandis).Como parte de los compromisos de reposicin del bosque, las empresas concesionarias, han establecido plantaciones bajo las modalidades de Campo Abierto y Enriquecimiento en fajas, registrando hasta 1999, una superficie aproximada de 72.153 has plantadas, de las cuales el 61 % se han establecido en el occidente del pas y el 39 % restante en la regin de Guayana.Las empresas Smurfit Cartones de Venezuela, Defiorsa, Forestal Orinoco y Corporacin Guayamure, han establecido aproximadamente 50.000 has, con Pino Caribe, Melina y Eucalyptus, con predominancia urograndis, orientadas hacia la industria qumica de la madera; y muy recientemente, la empresa Terranova de Venezuela ha establecido 76.003 has de plantacin forestal orientada a la produccin para la industria qumica de la madera.Por su parte, la Corporacin Venezolana de Guayana ha incorporado 463.000 has adicionales de Pino Caribe, en los Estados Anzotegui y Monagas, cuya produccin est dirigida hacia la industria mecnica y qumica de la madera.

Las fbricas de pulpa, a menudo, se instalan cerca de su fuente de materia prima, a saber, los bosques. Es importante manejar el bosque adecuadamente para asegurar que se tenga un suministro uniforme y sostenido de madera, y, tambin, porque la explotacin de la madera es una de lasoperacionesms difciles y peligrosas de la industria de papel.

Elmercado globalde la pulpa es uno de los ms grandes dentro de la industria de productos forestales, con grandes cantidades de pulpa que se trasladan entre las regiones productoras netas y las consumidoras netas. Amrica del Norte y los Pases Escandinavos Nrdicos (Canad, EEUU, Suecia, Finlandia y Noruega) son los productores de pulpa de mercado ms importantes. Sin embargo, otros pases con plantaciones de rpido crecimiento como Brasil, Chile, Portugal,Espaae Indonesia, han surgido tambin como importantes productores para el mercado global.

Amrica del Sur es actualmente una de las regiones preferidas para la instalacin de nuevas plantas y para la expansin de la capacidad de las plantas existentes.

5. Aspectos Ambientales a las Industrias Qumicas

La industria de pulpa y papel, por su parte, se caracteriza por integrar una serie de actividades de transformacin que van desde la explotacin directa de recursos naturales silvcolas (bosques) y/o el desarrollo de plantaciones forestales, y abarca la produccin de la pulpa y, en una etapa posterior, la elaboracin de los diferentes tipos de papel y cartn. Esta ltima fase del proceso, se puede desarrollar, tambin, a partir de una cada vez ms importante actividad de reciclaje.Las actividades tecnolgicas relacionadas con la produccin de pulpa y papel son muy diversas, requiriendo el consumo de importantes cantidades de energa y agua. Existen diferentes procesos para la elaboracin de pulpa y papel (proceso mecnico, proceso qumico y qumico-mecnico) los cuales generan una importante cantidad de desechos. En funcin de las caractersticas de agresividad de los procesos, el tipo de productos y tipo de desechos generados, los procesos han sido catalogados como de impacto ambiental (tipo a).Ramas de pulpa madera y papel y tipo de impacto ambiental asociado

Fabricacin de pulpa de madera, papel y cartn (3411)A

En el caso de la industria de pulpa y papel, a pesar de implicar una diversidad considerablemente menor de actividades, los impactos que estas generan desde el punto de vista ambiental son significativos. De hecho, este sector industrial, a pesar de constituir una fraccin muy pequea del producto industrial, (en torno al 1% del producto industrial bruto), responde por 12, 5 % de los desechos orgnicos vertidos en agua del pas, siendo superado solo por agro alimentos, qumica y metales primarios.

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DE GUAYANA VICERRECTORADO ACADEMICOCOORDINACION GENERAL DE PREGRADOINGENIERIA EN INDUSTRIAS FORESTALESCOMPONENTE: QUIMICA DE LOS PRODUCTOS FORESTALES MADERABLES Y NO MADERABLES

Introduccin a las Industrias Qumicas

PROFESOR: BACHILLER:YERLIN ARONICOMETA PEDRO

UPATA; ABRIL DE 2015

INTRODUCCIONEl bosque es un lugarpoblado de rboles y arbustos. Se trata, en general, de unreaque presenta una importante densidad de rboles. Los bosques, sobre todo los ms jvenes, absorben dixido de carbono, conservan el suelo y regulan los flujos hidrolgicos.De acuerdo a la ubicacin geogrfica, existen losbosques tropicales, losbosques subtropicales, losbosques templados(de frondosas, de conferas, valdivianos o mediterrneos) y losbosques boreales, entre otros. Los bosques son explotados por laindustriapara la extraccin demadera,cauchoy otros productos. Los rboles de los bosques permiten la produccin depapel, por ejemplo.La industria qumica se caracteriza por ser el sector en el que se dan inicio las operaciones para la elaboracin de materias primas bsicas. Estas operaciones concluyen con la fabricacin de productos generalmente son utilizados como materias primas para otras industrias e incluso para consumo final. Es por ello que juega un papel fundamental en las economas modernas. Es una industria clave pues est presente en todas las reas de la vida, tales como alimentacin, vestido, vivienda, comunicaciones, transporte, recreacin, educacin, productos caseros, etc. Adems, juega un papel decisivo en el desarrollo de otros sectores de la industria como el ambiental, energtico, informtica, etc.

Bibliografa

Propiedades fsico mecnicas de la madera, Arroyo Joel, 1966, ULA Las industrias Qumicas de la Madera, R. Sandermann, 1968, ULA Actividades Rurales, 2012. Explotacin Forestal. Disponible en: http://www.actividadesrurales.com/medio-rural/explotacion-forestal.php. Consultado: 19/04/2013 Consejo Federal de Inversiones, 2005. Produccin Forestal. Disponible en: http://www.cfired.org.ar/Default.aspx?nId=248. Consultado: 19/04/2013 Pagiola, S. Landell - Mills, N. Bishop, J. 2002. Market - Based Mechanisms for Forest Conservation and Development. Word Bank Institute. New York: Earthscan Publications Ltd.